Fizik Tingkatan 4 KSSM Bab 4 Haba 4.4 HUKUM GAS BELAJAR BERSAMA Cikgu Najwa
Standard Pembelajaran Murid boleh : 4.4.1 menerangkan tekanan, suhu dan isi padu gas dari segi kelakuan molekul gas berdasarkan Teori Kinetik Gas. 4.4.2 mengeksperimen untuk menentukan hubungan antara tekanan dan isi padu bagi suatu gas berjisim tetap pada suhu malar. 4.4.3 mengeksperimen untuk menentukan hubungan antara isi padu dan suhu bagi suatu gas berjisim tetap pada tekanan malar. 4.4.4 mengeksperimen untuk menentukan hubungan antara tekanan dan suhu bagi suatu gas berjisim tetap pada isi padu malar. 4.4.5 menyelesaikan masalah melibatkan tekanan, suhu dan isi padu suatu gas berjisim tetap dengan menggunakan rumus dari Hukum-hukum gas.
03 01 02 04 Isi kandungan Teori Kinetik Gas Tekanan, suhu, isi padu Hukum Boyle Hubungan antara tekanan dan isi padu Hukum Charles Hubungan antara isi padu dan suhu Hukum Gay-Lussac Hubungan antara tekanan dan suhu
Kewujudan Tekanan Gas Sebiji belon berisi udara dimampatkan dengan tangan. Mengapakah belon itu tidak menjadi kempis ?
—Teori Kinetik Gas “Molekul –molekul gas sentiasa bergerak secara rawak, bebas, laju dan berlanggar antara satu sama lain serta melanggar dinding bekas secara kenyal. Apabila molekul gas melanggar dinding bekas, momentum molekul gas berubah. Tindak balas ini menghasilkan satu daya yang dikenakan ke atas dinding. Oleh itu, tekanan gas terhasil.”
Teori Kinetik Gas 01 Kelakuan molekul gas
Aktiviti 4.9 Tujuan : Memerhatikan kelakuan molekul gas melalui simulasi komputer
Tekanan, suhu dan isi padu gas berdasarkan Teori Kinetik Gas Ciri gas Huraian Tekanan • Molekul gas sentiasa bergerak secara rawak • Apabila molekul gas berlanggar dengan dinding bekas dan melantun balik, daya dikenakan ke atas dinding bekas itu • Daya per unit luas ialah tekanan gas itu Suhu • Tenaga kinetik purata molekul meningkat dengan suhu gas Isi padu • Molekul gas bebas bergerak dan memenuhi seluruh ruang bekas itu • Isi padu gas sama dengan isi padu bekasnya
Unit S.I. dan unit lain bagi tekanan, suhu dan isi padu gas Kuantiti Unit S.I. Simbol bagi unit S.I. Unit lain Tekanan, P Pascal Pa cm Hg Suhu, T Kelvin K oC, oF Isi padu, V (meter)3 m3 mm3 , cm3 , ml • Tekanan, suhu dan isi padu gas adalah tiga ciri yang saling bersandar antara satu dengan yang lain. • Satu daripada tiga ciri itu boleh dimalarkan dan hubungan antara dua lagi dikaji Pressure Temperature Volume
Hubungan antara tekanan dan isi padu bagi suatu gas Eksperimen 4.4 Tujuan : Menentukan hubungan antara isipadu dengan tekanan bagi suatu gas berjisim tetap pada suhu malar
Keputusan : Isi padu, V / ml Tekanan, P / kPa / ml-1 100 100 0.010 90 110 0.011 80 125 0.013 70 140 0.014 60 165 0.017 Analisis data : Graf P melawan diplot Hubungan : P berkadar songsang dengan V Kesimpulan : Semakin kecil isi padu gas, semakin tinggi tekanan gas. Hipotesis diterima. Perbincangan : 1. Picagari dengan isi padu yang lebih besar digunakan untuk mendapatkan perubahan isi padu dan tekanan udara terperangkap yang lebih besar. 2. Omboh itu ditolak dengan perlahan ke dalam picagari supaya suhu udara di dalam picagari tetap malar.
Berdasarkan Eksperimen 4.4, hubungan antara tekanan dengan isi padu bagi suatu gas seperti graf : Graf P melawan V menunjukkan bahawa tekanan berkurang dengan isipadu. Graf P melawan menunjukkan satu garis lurus yang melalui titik asalan Hal ini membuktikan bahawa tekanan berkadar songsang dengan isi padu.
Hukum Boyle 02 Hubungan antara tekanan dan isi padu Robert Boyle (1627-1691)
Hukum Boyle menyatakan bahawa tekanan berkadar songsang dengan isi padu bagi suatu gas berjisim tetap pada suhu malar. P α 1 P = k ( 1 ) Iaitu k : suatu pemalar P : tekanan gas (Pa) V : isi padu gas (m3 ) Dengan itu, PV = k Katakan suatu gas mengalami perubahan tekanan dan isi padu daripada keadaan 1 kepada keadaan 2. Daripada PV = k, Keadaan awal gas, P1V1 = k Keadaan akhir gas, P2V2 = k Maka, P1V1 = P2V2 - Suatu m gas tetap, T malar - Bilangan molekul sama bergerak dalam ruang lebih kecil - Bilangan molekul per unit isi padu bertambah - Kadar perlanggaran antara molekul dengan dinding bekas bertambah - Daya per unit luas pada permukaan dinding bekas bertambah - P gas bertambah
Udara di dalam sebuah picagari tertutup mempunyai isi padu 60 cm3 dan tekanan 108 kPa. Omboh picagari itu ditolak untuk memampatkan udara itu sehingga isi padu 48 cm3 . Hitungkan tekanan udara termampat itu. Contoh 1 Penyelesaian :
Hubungan antara isi padu dengan suhu bagi suatu gas Sebuah belon diletak pada mulut botol kaca. Air panas dituang di dalam bekas yang ada botol kaca dan belon. Mengapakah belon mengembang walaupun tidak ditiup ?
Hubungan antara isi padu dan suhu bagi suatu gas Eksperimen 4.5 Tujuan : Menentukan hubungan antara suhu dengan isi padu bagi suatu gas berjisim tetap pada tekanan malar
Keputusan : Suhu, θ / oC Panjang turus udara, L / cm 30 9.1 40 9.3 50 9.6 60 9.8 70 10.2 80 10.6 Analisis data : Graf L melawan θ diplot Hubungan : L bertambah secara linear dengan θ Kesimpulan : Isi padu udara bertambah apabila suhu udara bertambah. Hipotesis diterima. Perbincangan : 1. Air perlu sentiasa dikacau semasa digunakan untuk memastikan suhu air adalah seragam. 2. Isi padu turus udara di dalam tiub kapilari iaitu V = AL yang mana A ialah luas keratan rentas tiub kapilari. Tiub kapilari diandaikan mempunyai diameter seragam supaya luas keratan rentas malar. Maka, isi padu turus udara berkadar terus dengan Panjang turus udara.
Isi padu gas bertambah apabila suhu gas itu dinaikkan. - Pada suhu 0 oC : → udara yang terperangkap di dalam tiub kapilari masih mempunyai isi padu tertentu. → molekul gas masih bergerak dan memenuhi ruang bekas. - Pada suhu -273 oC : → molekul gas tidak lagi bergerak dan tidak dapat memenuhi ruang. → Isi padu gas sifar. - Suhu -273 oC : suhu paling rendah yang mungkin. → dikenali sebagai sifar mutlak : 0 Kelvin
Suhu gas - Penukaran unit suhu : oC → K θ oC = ( θ + 273 ) K Takat Suhu Suhu, θ / oC Suhu, T / K Suhu mutlak - 273 0 Ais lebur 0 273 Stim 100 373 Graf V melawan Isi padu gas berkadar terus dengan suhu mutlak
Hukum Charles 03 Hubungan antara isi padu dan suhu Jaccques Charles (1746-1823)
Hukum Charles menyatakan bahawa isi padu adalah berkadar terus dengan suhu mutlak bagi suatu gas berjisim tetap pada tekanan malar. V α T V = k T Iaitu k : suatu pemalar T : suhu mutlak (K) V : isi padu gas (m3 ) Dengan itu, = k Katakan suatu gas mengalami perubahan isi padu dan suhu daripada keadaan 1 kepada keadaan 2. Daripada = k, Keadaan awal gas, 1 1 = k Keadaan akhir gas, 2 2 = k Maka, 1 1 = 2 2 - Suatu m gas tetap, P malar - T gas dinaikkan → tenaga kinetik purata molekul bertambah → molekul bergerak dengan halaju tinggi → V gas bertambah
Satu gelembung udara mempunyai isi padu 1.2 cm3 pada suhu 27 oC. Berapakah isi padu gelembung udara itu jika suhunya meningkat kepada 47 oC ? Contoh 1 Penyelesaian :
Hubungan antara tekanan dengan suhu bagi suatu gas Bacaan tolok tekanan berbeza pada tayar kereta sebelum dan selepas perjalanan. Apakah yang berlaku kepada tekanan udara di dalam tayar tersebut ?
Hubungan antara tekanan dan suhu bagi suatu gas Eksperimen 4.6 Tujuan : Menentukan hubungan antara suhu dengan tekanan bagi suatu gas berjisim tetap pada isi padu malar
Keputusan : Suhu, θ / oC Tekanan udara, P / kPa 30 111 40 115 50 118 60 121 70 125 80 130 Analisis data : Graf L melawan θ diplot Hubungan : L bertambah secara linear dengan θ Kesimpulan : Tekanan udara bertambah apabila suhu udara bertambah. Hipotesis diterima. Perbincangan : 1. Kelalang dasar bulat digunakan untuk mendapatkan isi padu dan jisim udara yang lebih besar supaya perubahan tekanan yang diperoleh lebih tinggi. 2. Termometer menyukat suhu air sekeliling kelalang dasar bulat. Diandaikan bahawa terdapat keseimbangan terma antara udara dalam kelalang dengan air sekelilingnya.
Berdasarkan Eksperimen 4.6, tekanan gas bertambah apabila suhu gas dinaikkan Graf P melawan θ yang diekstrapolasi sehingga P = 0 kPa. Graf P melawan T menunjukkan satu garis lurus yang melalui titik asalan Hal ini membuktikan bahawa tekanan berkadar terus dengan suhu mutlak
Hukum Gay-Lussac 04 Joseph Louis Gay-Lussac Hubungan antara tekanan dan suhu (1778 – 1850)
Hukum Gay-Lussac menyatakan bahawa tekanan berkadar terus dengan suhu mutlak bagi suatu gas berjisim tetap pada isi padu malar. P α T P = k T Iaitu k : suatu pemalar P : tekanan (Pa) T : suhu mutlak (K) Dengan itu, = k Katakan suatu gas mengalami perubahan tekanan dan suhu daripada keadaan 1 kepada keadaan 2. Daripada = k, Keadaan awal gas, 1 1 = k Keadaan akhir gas, 2 2 = k Maka, 1 1 = 2 2 - Suatu m gas tetap, V malar - T gas dinaikkan → tenaga kinetik purata molekul bertambah → molekul bergerak dengan halaju tinggi → Daya per unit luas pada permukaan dinding bekas bertambah - Tekanan gas bertambah
Gas di dalam sebuah silinder keluli tertutup mempunyai tekanan 180 kPa pada suhu 25 oC. Berapakah tekanan gas itu apabila silinder dipanaskan sehingga suhu 52 oC ? Contoh 1 Penyelesaian :
Penyelesaian Masalah melibatkan Hukum Gas
Video di sebelah menunjukkan sebuah picagari dengan muncungnya ditutup. Udara di picagari itu mempunyai isi padu awal 7.5 cm3 dan tekanan 105 kPa. Udara itu dimampatkan kepada isi padu 2.5 cm3 . Berapakah tekanan udara termampat di dalam picagari itu ? Contoh 1 Penyelesaian :
Udara dengan isi padu 0.24 cm3 di dalam sebuah silinder yang boleh mengembang dipanaskan daripada suhu 27 oC kepada 77 oC pada tekanan malar. Berapakah isi padu udara itu pada suhu 77 oC ? Contoh 2 Penyelesaian :
Tekanan dan suhu awal bagi udara di dalam sebuah tayar sebuah kereta masing-masing ialah 210 kPa dan 25oC. Selepas suatu perjalanan, tekanan udara di dalam tayar itu ialah 240 kPa. Hitungkan suhu udara di dalam tayar itu dalam oC. Contoh 3 Penyelesaian :
Tokoh Fizik & Hukum Gas Robert Boyle Hukum Boyle P α 1 Jacques Charles Hukum Charles V α T Joseph Louis GayLussac Hukum Gay-Lussac P α T P1V1 = P2V2 1 1 = 2 2 1 1 = 2 2
Selesaikan !
CREDITS: This presentation template was created by Slidesgo, including icons by Flaticon, and infographics & images by Freepik Terima kasih!